DE4025184A1 - Sensor detecting acceleration or inclination of motor vehicle - has metal anodes with protective oxide coatings in electrolyte in container forming cathode - Google Patents

Sensor detecting acceleration or inclination of motor vehicle - has metal anodes with protective oxide coatings in electrolyte in container forming cathode

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DE4025184A1 DE19904025184 DE4025184A DE4025184A1 DE 4025184 A1 DE4025184 A1 DE 4025184A1 DE 19904025184 DE19904025184 DE 19904025184 DE 4025184 A DE4025184 A DE 4025184A DE 4025184 A1 DE4025184 A1 DE 4025184A1
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Abstract

The sensor has at least one electrode (1,2) in a liquid in a container (4) forming a gravitation sensitive element. The electrode has a uniform, very thin protective oxide coating. The sensor has a container (6) forming a cathode and contg. at least one anode with protective coating and immersed in electrolyte (7). The metal anode pref. of Al or Ta with a coating of Al2O3 or Ta2O5. USE/ADVANTAGE - Esp. for use in motor vehicles, sensor is simple to mfr. and can be economically repaired if necessary.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sensor zur Erfassung der Beschleunigung bzw. der Neigung, ins­ besondere für Kraftfahrzeuge mit mindestens einer Elek­ trode, die in einer in einem geschlossenen Behälter vorgesehenen Flüssigkeit als gravitationsempfindliches Element aufgenommen ist, wobei die Elektrode mit einer Schutzschicht überzogen ist.The invention relates to a sensor for Acquisition of acceleration or inclination, ins especially for motor vehicles with at least one elec trode in a in a closed container provided liquid as gravitational sensitive Element is added, the electrode with a Protective layer is coated.

Es ist bereits ein kapazitiver Neigungssensor bekannt (DE 37 44 411 C2), der mit einer Flüssigkeit als gravi­ tationsempfindliches Element in einer geschlossenen Kammer arbeitet. Die Kondensatorplatten sind mit einer hochisolierenden, festen Passivierungsschicht gleich­ mäßiger Dicke versehen, wobei die in der Kammer vorge­ sehene Flüssigkeit elektrisch leitend ist, und die Kammer die Gegenelektrode des Differenzialkondensators bildet. Wird bei einem derartigen Neigungssensor beispielsweise einmal die Passivierungsschicht beschä­ digt, so ist eine Reparatur sehr aufwendig und meistens wirtschaftlich nicht mehr vertretbar.A capacitive tilt sensor is already known (DE 37 44 411 C2), the gravi with a liquid tion-sensitive element in a closed Chamber works. The capacitor plates are with a highly insulating, solid passivation layer the same provided moderate thickness, the pre in the chamber seen liquid is electrically conductive, and the Chamber the counter electrode of the differential capacitor forms. With such an inclination sensor For example, damage the passivation layer once repair is very time-consuming and mostly economically no longer justifiable.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Sensor derart auszubilden, daß er auf einfache Weise hergestellt und im Bedarfsfall kostengünstig repariert werden kann. Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die auf der Elektrode gebildete Isolierschicht als Oxydschicht ausgebildet ist. Eine derartige Schicht läßt sich auf sehr einfache, kostengünstige Weise herstellen indem die Elektrode in eine entsprechende Flüssigkeit getaucht wird, so daß sich auf der Elektrode eine Oxydschicht mit Halbleitereigenschaft bilden kann. Wird eine derartige Schicht aus irgend einem Grund einmal zerstört, so läßt sich diese jederzeit durch Nachformieren wieder herstellen. Auf diese Weise läßt sich die Elektrode jederzeit auch in montiertem Zustand reparieren. Hierzu ist es vorteilhaft, daß die Elektrode (Anode) mit der Oxydschicht überzogen ist. Außerdem ist es vorteilhaft, daß der Sensor einen als Kathode ausgebildeten Behälter aufweist, in dem mindestens eine Anode in einem Elektrolyt aufgenommen ist, mittels dessen auf der Anode eine Oxydschicht gebildet werden kann.In contrast, the invention is based on the object train the sensor so that it is simple Manufactured wisely and inexpensively if necessary can be repaired. The task is solved according to the invention in that the on the electrode formed insulating layer formed as an oxide layer is. Such a layer can be very simple, inexpensive way to manufacture by the Immerse the electrode in an appropriate liquid is so that there is an oxide layer on the electrode can form with semiconductor property. Will one  such layer once for some reason destroyed, this can be at any time Restore reforming. This way the electrode is always in the assembled state repair. For this purpose, it is advantageous that the Electrode (anode) is coated with the oxide layer. It is also advantageous that the sensor as a Has cathode trained container in which at least one anode in an electrolyte is an oxide layer on the anode can be formed.

Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbil­ dung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß die Anode aus einem Metall, insbesondere aus AL oder Ta besteht und vorzugsweise mit einer Al2O3 oder einer Ta2O5 Schicht überzogen ist. Gemäß einem besonderen Merkmal der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vor­ gesehen, daß zwei oder mehrere identische Anoden in dem Behälter aufgenommen sind. Ferner ist es vorteilhaft als Elektrolyt ein Lösungmittel, insbesondere N, Ni- Dimethylformamid, Butyrolacton, Dimethylsulfid eine Flüssigkeit auf Glykolbasis, oder eine Mischung dieser Flüßigkeiten oder verdünnte Schwefelsäure einzusetzen.An additional possibility is according to a further development of the device according to the invention that the anode consists of a metal, in particular AL or Ta, and is preferably coated with an Al 2 O 3 or a Ta 2 O 5 layer. According to a particular feature of the solution according to the invention, it is finally seen that two or more identical anodes are accommodated in the container. It is also advantageous to use a solvent, in particular N, Ni-dimethylformamide, butyrolactone, dimethyl sulfide, a glycol-based liquid, or a mixture of these liquids or dilute sulfuric acid as the electrolyte.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteil­ haft, daß die Anoden einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Ferner ist es möglich, daß die Anoden einen rechteckförmigen Querschnitt und mindestens eine Anschlagfläche aufweisen. Die Elektroden können auch als Spiralen ausgebildet sein oder eine U-Form aufweisen. Hierdurch lassen sich die Anoden sehr leicht im Behälter positionieren. Hierzu ist es ferner vorteilhaft, daß die Anoden oberhalb der Bodenplatte mittels einer Halterung zusätzlich fixiert sind. Auf diese Weise erhält man einen einwandfreien Sitz für die Anoden. Vorteilhaft ist es auch, daß die Anoden oberhalb der Bodenplatte im Bereich ihrer oberen Enden in der im Behälter vorgesehenen Halterung abgestützt sind. Es ist zweckmäßig, daß die Bodenplatte als Isolierkörper ausgebildet ist, der an seinem Außenumfang eine rillenförmige Vertiefung zur Einbördelung der Außenwand des Behälters aufweist, wobei zwischen der Innenseite der Außenwand und der Vertiefung ein Dichtungselement vorgesehen ist.In a further embodiment of the invention, it is advantageous adheres that the anodes have a circular cross-section exhibit. It is also possible that the anodes have a rectangular cross section and at least one Have stop surface. The electrodes can too be designed as spirals or a U-shape exhibit. This makes the anodes very easy position in the container. It is also for this advantageous that the anodes above the bottom plate  are additionally fixed by means of a holder. On this way you get a perfect fit for the Anodes. It is also advantageous that the anodes above the base plate in the area of its upper ends supported in the holder provided in the container are. It is appropriate that the bottom plate as Insulating body is formed on his Outer circumference a groove-shaped depression Crimping the outer wall of the container, being between the inside of the outer wall and the Depression a sealing element is provided.

Weiterhin ist es von Vorteil, daß durch Änderung des Halters vorzugsweise in ein gekreuztes Gitter oder U-Rohr eine zusätzliche Dämpfung des Systems erreicht wird.It is also advantageous that by changing the Holder preferably in a crossed grid or U-tube achieved additional damping of the system becomes.

Eine weitere Möglichkeit der Dämpfung wird realisiert in dem man auf die Oberfläche der leitenden Flüssigkeit ein dämpfendes Element auflegt.Another possibility of damping is realized by looking at the surface of the conductive liquid puts on a damping element.

Zur Ausgestaltung dieser Dämpfungsmöglichkeit werden vorzugsweise eine Platte, ein Gitter, ein Netz oder eine geeignete Flüssigkeit verwendet.To design this damping option preferably a plate, a grid, a net or a suitable liquid is used.

Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiter­ bildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß die Elektroden mit dem Dielektrikum überzogen sind, so daß eine hohe Dielektrizitätszahl erreicht wird. Ferner wird die Oberfläche mittels der Oxydschicht gegenüber der Flüssigkeit sehr dicht und besonders gleichmäßig verschlossen. An additional option is according to one more formation of the device according to the invention that the Electrodes are coated with the dielectric so that a high dielectric constant is achieved. Further the surface is opposed by means of the oxide layer the liquid is very dense and particularly even locked.  

Gemäß einem besonderen Merkmal der erfindungsgemäßen Lösung ist es vorteilhaft, daß zwei monostabile Kipp­ stufen vorgesehen sind, und die Kapazitätswerte des Sensors die Zeitkonstanten der monostabilen Kippstufen bestimmen. Ferner ist jeweils ein Ausgang einer monostabilen Kippstufe mit einem Setzeingang (Trigger- Eingang) der anderen monostabilen Kippstufe derart verbunden, daß durch einen Übergang jeweils einer monostabilen Kippstufe in den stabilen Zustand die jeweils andere monostabile Kippstufe in den instabilen Zustand gesetzt wird.According to a special feature of the invention Solution, it is advantageous that two monostable tilt stages are provided, and the capacity values of the Sensors the time constants of the monostable flip-flops determine. Furthermore, one output is one monostable multivibrator with a set input (trigger Input) of the other monostable multivibrator connected that one by a transition monostable multivibrator in the stable state different monostable multivibrator in the unstable State is set.

Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiter­ bildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß die Aus­ gänge der monostabilen Kippstufen mit den Setzeingängen über Differenzierglieder verbunden sind und daß das Ausgangssignal mindestens einer monostabilen Kippstufe einem Integrator zuführbar ist. Ferner ist es vorteil­ haft, daß die Ausgangssignale der monostabilen Kippstu­ fen je einem Integrator zuführbar sind und daß die Aus­ gänge der Integratoren mit Eingängen einer Subtrahier­ schaltung verbunden sind.An additional option is according to one more formation of the device according to the invention that the off gears of the monostable flip-flops with the set inputs are connected by differentiators and that Output signal of at least one monostable multivibrator can be fed to an integrator. It is also an advantage liable that the output signals of the monostable Kippstu fen an integrator can be fed and that the off of the integrators with inputs of a subtractor circuit are connected.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat unter anderem den Vorteil, daß das Ausgangssignal einer monostabilen Kippstufe direkt einem ersten Integrator und invertiert einem zweiten Integrator zuführbar ist und daß die Aus­ gänge der Integratoren mit Eingängen einer Subtrahier­ schaltung verbunden sind. Ferner ist es vorteilhaft, daß die Schwingung mindestens einer monostabilen Kippstufe überwacht wird, und beim Ausbleiben der Schwingung mindestens eine monostabile Kippstufe über den jeweiligen Setzeingang wieder in den stabilen Zustand gesetzt und durch eine logische Oder­ Verknüpfung der beiden Ausgangssignale der monostabilen Kippstufen das Schwingen der Schaltung überwacht wird.The device according to the invention has, among other things Advantage that the output signal is a monostable Flip-flop directly a first integrator and inverted can be fed to a second integrator and that the off of the integrators with inputs of a subtractor circuit are connected. It is also advantageous that the vibration is at least one monostable Flip-flop is monitored, and in the absence of Vibration over at least one monostable multivibrator the respective set input again in the stable State set and by a logical OR  Linking the two output signals of the monostable Flip-flops the oscillation of the circuit is monitored.

Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiter­ bildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß die Dif­ ferenzierglieder aus je einem Kondensator und je einem an einem Anschluß für die Betriebsspannung angeschlos­ senen Widerstand bestehen und daß beide Anschlüsse der zu den Differenziergliedern gehörenden Kondensatoren über je eine Diode mit einem Widerstand verbunden sind, dessen von den Dioden abgewandter Anschluß mit Massepotential beaufschlagt ist. Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Sensors sind der symmetrische Aufbau, eine hohe Kapazitätsänderung, die eine einfache Auswertschaltung ermöglicht, ein großer Temperaturbe­ reich, eine lineare Kennlinie, sehr geringe Temper­ aturabhängigkeit und eine gute elektromagnetische Verträglichkeit.An additional option is according to one more formation of the device according to the invention that the Dif ferenzierglieder from one capacitor and one each connected to a connection for the operating voltage resistance exists and that both connections of the capacitors belonging to the differentiators connected to a resistor via a diode are, whose connection facing away from the diodes with Ground potential is applied. Other advantages of sensors according to the invention are the symmetrical structure, a high capacity change that is an easy one Evaluation circuit enables a large temperature rich, a linear characteristic, very low temper dependence on nature and good electromagnetic Compatibility.

Die genannten Vorteile des erfindungsgemäßen Sensors ermöglichen insbesondere eine Verwendung in einem Kraftfahrzeug. Die Anwendung ist jedoch nicht auf diesen Zweck beschränkt, sondern kann beispielsweise auch in Luft- und Wasserfahrzeugen erfolgen.The mentioned advantages of the sensor according to the invention enable in particular use in one Motor vehicle. However, the application is not on limited this purpose, but can for example also take place in aircraft and watercraft.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sensors besteht darin, daß zwei Elektroden parallel zueinander verlaufen und etwa zur Hälfte ihrer Länge mit Flüssigkeit bedeckt sind. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß das Gehäuse die Form eines Bechers auf­ weist. Diese Ausführung ermöglicht ein besonders kom­ paktes Bauteil, das insbesondere dann preiswert ist, wenn das Gehäuse ein handelsüblicher Kondensatorbecher ist. An advantageous embodiment of the invention Sensor consists of two electrodes in parallel run to each other and about half their length are covered with liquid. Preferably there is provided that the housing is in the form of a cup points. This version enables a particularly com compact component that is particularly inexpensive, if the housing is a commercially available capacitor cup is.  

Vorteilhaft ist es ferner, daß die unbehandelten Elektroden als Standardbauteile aus der Kondensator­ fertigung genommen werden können, und somit in der Herstellung und Beschaffung besonders preiswert sind.It is also advantageous that the untreated Electrodes as standard components from the capacitor production can be taken, and thus in the Manufacturing and procurement are particularly inexpensive.

Besonders vorteilhaft ist es, daß das Sensorelement vorzugsweise durch Löten auf die Platine der Auswerteelektronik aufgebracht werden kann und somit ein kompakter und kostengünstiger Aufbau des Sensors erreicht wird.It is particularly advantageous that the sensor element preferably by soldering onto the circuit board Evaluation electronics can be applied and thus a compact and inexpensive construction of the sensor is achieved.

Zur Messung von Beschleunigung oder Neigung in mehreren Richtungen können gemäß einer Weiterbildung der Erfindung mehrere Anoden im gleichen Gehäuse vorgesehen werden. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, zur Messung der Beschleunigung in mehreren Richtungen jeweils für eine Richtung einen Sensor mit zwei Elektroden vorzusehen.For measuring acceleration or inclination in several According to a further development of the Invention provided multiple anodes in the same housing will. However, it is not excluded for measurement acceleration in several directions for each one direction a sensor with two electrodes to provide.

Die Flüssigkeit für die erfindungsgemäße Anordnung muß leitfähig sein, geringe Adhäsionskräfte aufweisen und eine geringe Viskositätsänderung und Volumenausdehnung über Temperatur haben. Ferner ist es wichtig, daß die Flüssigkeit einen niedrigen Schmelzpunkt und einen hohen Siedepunkt besitzt und nicht agressiv gegenüber den verwendeten Materialien ist. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit gering ist.The liquid for the arrangement according to the invention must be conductive, have low adhesive forces and a slight change in viscosity and volume expansion over temperature. It is also important that the Liquid has a low melting point and one has a high boiling point and is not aggressive towards it the materials used. Furthermore, it is advantageous if the temperature dependence of the Conductivity is low.

Besonders vorteilhaft ist es, daß die Oxydschicht sehr gleichmäßig und dünn ca. 1 µm und weniger ist, so daß sich sehr hohe Kapazitätswerte ergeben. Durch die hohen Dielektrizitätskonstanten von Al2O3 und Ta2O5 werden hohe Grundkapazitäten erreicht. Hieraus ergibt sich ein großer Signalhub und durch die Gleichmäßigkeit der Schicht eine besonders gute Linearität des Sensors.It is particularly advantageous that the oxide layer is very uniform and thin, approximately 1 μm and less, so that very high capacitance values result. Due to the high dielectric constants of Al 2 O 3 and Ta 2 O 5 , high basic capacities are achieved. This results in a large signal swing and, due to the uniformity of the layer, a particularly good linearity of the sensor.

Das Dielektrium bzw. die Oxydschicht mit Halbleiterei­ genschaft wirkt nur in eine Richtung isolierend und wird auf einfache Weise durch Formieren erzeugt. Sollte beim Zusammenbau des Sensors die Oxydschicht zerstört werden, so kann diese jederzeit durch Nachformieren wieder hergestellt werden.The dielectric or the oxide layer with semiconductor property is insulating and unidirectional is easily created by forming. Should the oxide layer is destroyed when the sensor is assembled , it can be reformed at any time be restored.

Die Auswerteeinheit zeichnet sich durch einen geringen Aufwand aus und erzeugt ein binäres Ausgangssignal, das in einfacher Weise sowohl von einem Mikroprozessor als auch mit Hilfe einer einfachen Analogschaltung weiter­ verarbeitet werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß auf einer Signalleitung Informationen über beide Sensorgrößen ausgegeben werden. Es kann jedoch auch ein symmetrischer Ausgang der Auswerteschaltung genutzt werden, was eine gute elektromagnetische Ver­ träglichkeit zur Folge hat.The evaluation unit is characterized by a small Effort and generates a binary output signal that in a simple way by both a microprocessor also with the help of a simple analog circuit can be processed. Another advantage is there in that information on a signal line both sensor sizes are output. However, it can also a symmetrical output of the evaluation circuit be used, which is a good electromagnetic ver leads to inertia.

Schaltungen aus zwei sich gegenseitig in den instabilen Zustand setzenden monostabilen Kippstufen schwingen nach einer Störung, z. B. durch einen Kurzschluß eines der Ausgangssignale, möglicherweise nicht wieder an. Um auch bei einem solchen Fall ein sicheres Wiederanschwingen zu ermöglichen, kann die Auswerteschaltung dadurch weitergebildet werden, daß die Differenzierglieder je einem Kondensator und je einem an einem Anschluß für die Betriebsspannung angeschlossenen Widerstand bestehen um damit beide Anschlüsse der zu den Differenziergliedern gehörenden Kondensatoren über je eine Diode mit einem Widerstand verbunden sind, dessen von den Dioden abgewandter Anschluß mit Massepotential beaufschlagt ist.Circuits from two to each other in the unstable Swing state-setting monostable flip-flops after a malfunction, e.g. B. by a short circuit of the output signals, may not reappear. Around a safe one even in such a case To enable them to start again Evaluation circuit are further developed in that the differentiators a capacitor and each one at a connection for the operating voltage connected resistance exist around both Connections of those belonging to the differentiators Capacitors via a diode with a resistor  are connected, the one facing away from the diodes Connection is applied to ground potential.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in der Beschreibung der Figuren dargestellt, wobei bemerkt wird, daß alle Einzelmerkmale und alle Kombinationen von Einzelmerk­ malen erfindungswesentlich sind.Further features of the invention are in the description of the figures, it being noted that all Individual characteristics and all combinations of individual characteristics paint are essential to the invention.

In den Figuren ist die Erfindung an einer Ausführungs­ form beispielsweise dargestellt, ohne auf diese Aus­ führungsform beschränkt zu sein.In the figures, the invention is an embodiment Form shown, for example, without this off leadership form to be limited.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Wir­ kungsweise eines Sensors zur Erfassung der Beschleunigung bzw. der Neigung. Fig. 1 is a schematic representation of the way we act as a sensor for detecting the acceleration or the inclination.

Fig. 2 den Sensor mit zwei Elektroden (Anoden), die mit einer Oxydschicht überzogen sind, die als Dielektrikum wirkt, Fig acting. 2 shows the sensor with two electrodes (anode), which are coated with an oxide layer as a dielectric,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Sensors, Fig. 3 shows a second embodiment of a sensor,

Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Sensors mit Halter zum Fixieren der Elektroden, Fig. 4 shows a third embodiment of a sensor with a holder for fixing the electrodes,

Fig. 5 eine Schnittdarstellung einer Elektrode entlang der Linie 5-5 gemäß Fig. 9, Fig. 5 is a sectional view of an electrode along the line 5-5 of FIG. 9,

Fig. 6 eine Ansicht des Sensors von unten, gemäß Fig. 3, Fig. 6 is a view of the sensor from below, according to Fig. 3,

Fig. 7 die Ausgangssignale der monostabilen Kippstufen, Fig. 7 shows the output signals of the monostable multivibrators,

Fig. 8 ein Ersatzschaltbild des Ausführungs­ beispiels, Fig. 8 is an equivalent circuit diagram of the execution example,

Fig. 9 verschiedene Ausführungsbeispiele einer Anode,9 shows various embodiments. An anode,

Fig. 10 einen Stromlaufplan einer ersten Aus­ führungsform, Fig. 10 guide form a circuit diagram of a first stop,

Fig. 11 einen Stromlaufplan einer weiteren Aus­ führungsform der Auswerteschaltung nach Fig. 12, Fig. 11 is a circuit diagram of another form imple mentation of the evaluation circuit shown in FIG. 12,

Fig. 12 ein Blockschaltbild einer Auswerte­ schaltung für den erfindungsgemäßen Sensor, Fig. 12 is a block diagram of an evaluation circuit for the sensor according to the invention,

Fig. 13a bis 13d verschiedene Möglichkeiten, die Aus­ gangssignale einer Auswerteschaltung, die sich in unmittelbarer Nähe eines Sensors befindet, zu einer Verarbei­ tungsschaltung zu übertragen, FIG. 13a to 13d different ways from the output signals an evaluation circuit which is located in the immediate vicinity of a sensor processing circuit to a proces transmitted to,

Fig. 14 ein viertes Ausführungsbeispiel mit modifiziertem Halter zur Dämpfung des Systems, Fig. 14 shows a fourth embodiment with a modified holder for damping of the system,

Fig. 15 Schnittdarstellung A-B gemäß Fig. 14, Fig. 15 AB-sectional view of FIG. 14,

Fig. 16 ein fünftes Ausführungsbeispiel mit einer weiteren Möglichkeit der Dämpfung durch Änderung des Halters, Fig. 16 shows a fifth embodiment with a further possibility of attenuation by modification of the holder,

Fig. 17 Schnittdarstellung A-B gemäß Fig. 16, Fig. 17 AB-sectional view of FIG. 16,

Fig. 18 ein sechstes Ausführungsbeispiel mit aufgelegter Platte zur Dämpfung, Fig. 18 shows a sixth embodiment with applied plate for damping,

Fig. 19 Schnittdarstellung A-B gemäß Fig. 18 und einer von Fig. 18 abweichenden Platte, Fig. 19 AB-sectional view of FIG. 18 and FIG. 18 deviating plate,

Fig. 20 Schnittdarstellung A-B gemäß Fig. 18 mit weiterer Ausgestaltung einer Platte. Fig. 20 AB-sectional view of FIG. 18 with a further embodiment of a plate.

Bei der schematischen Darstellung nach Fig. 1 sind zwei runde, längliche Elektroden 1,2 die mit einem in Fig. 5 dargestellten Dielektrikum 2a beschichtet sind, in eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit 7 getaucht. Eine auf einem Behälter 4 in Pfeilrichtung wirkende Beschleu­ nigung a bewirkt eine Schrägstellung des Flüssigkeits­ pegels um den Winkel α. Dadurch ist die Elektrode 1 lediglich bis zur Höhe h1 mit Flüssigkeit 3 bedeckt, während die Flüssigkeit 3 bei der Elektrode 2 auf h2 steigt. Der mittlere Flüssigkeitspegel beträgt (h1+ +h2)/2. Wie aus dem in Fig. 1 ebenfalls dargestellten Kräftedreieck ersichtlich ist, ergibt sich für den Winkel α tanα= Fm/Fg, wobei Fm die der Beschleuni­ gungskraft Fa entgegenwirkende Trägheitskraft und Fg die Gewichtskraft ist. In the schematic illustration of FIG. 1, two circular, elongated electrodes with a 1.2 shown in Fig. 5 dielectric 2 are coated a, immersed in an electrically conductive liquid 7. A acting on a container 4 in the direction of arrow acceleration a causes an inclination of the liquid level by the angle α. As a result, the electrode 1 is only covered with liquid 3 up to the height h 1 , while the liquid 3 rises to h 2 at the electrode 2 . The mean liquid level is (h 1 + + h 2 ) / 2. As can be seen from the triangle of forces also shown in FIG. 1, for the angle α tanα = F m / F g , where F m is the inertial force counteracting the acceleration force F a and F g is the weight force.

Das Dielektrikum auf der Elektrodenoberfläche bildet zwischen den Elektroden 1, 2 und der leitfähigen Flüs­ sigkeit jeweils einen Kondensator, der in Fig. 2 sche­ matisch dargestellt ist. Die Kapazität eines derartigen Koaxialkondensators ergibt sich aus:The dielectric on the electrode surface forms a capacitor between the electrodes 1 , 2 and the conductive liquid, which is shown schematically in FIG. 2. The capacitance of such a coaxial capacitor results from:

C = [2πε₀εr/(ln (D/d))] · hC = [2πε₀ε r / (ln (D / d))] · h

Dabei ist D der äußere Durchmesser des Dielektrikums, d der Durchmesser der Elektrode und h die von der Flüs­ sigkeit 3 bedeckte Höhe der jeweiligen Elektrode.D is the outer diameter of the dielectric, d is the diameter of the electrode and h is the height of the respective electrode covered by the liquid 3 .

Für die Differenz der Kapazitäten ergibt sich dann:The difference in the capacities is then:

C₂ - C₁ = [2πε₀εr/(ln (D/d))] · (h₂ - h₁)C₂ - C₁ = [2πε₀ε r / (ln (D / d))] · (h₂ - h₁)

Wie sich leicht aus dem in Fig. 1 dargestellten Kräfte­ dreieck ableiten läßt, ist h2-h1=s·(a/g), wobei a die Beschleunigung quer zur Erdbeschleunigung g und s der Abstand der Elektroden 1, 2 ist. Insgesamt ergibt sich dann für die normierte Beschleunigung die Gleichung:As can easily be derived from the triangle shown in FIG. 1, h 2 -h 1 = s · (a / g), where a is the acceleration transverse to the gravitational acceleration g and s is the distance between the electrodes 1 , 2 . The overall result for the normalized acceleration is then:

a/g = (C₂ - C₁) · (ln (D/d))/(2πε₀εrs)a / g = (C₂ - C₁) · (ln (D / d)) / (2πε₀ε r s)

Dabei ist erkennbar, daß der durch die Messung der Ka­ pazitätsdifferenz gewonnene Wert a unabhängig von der Füllhöhe (h1+h2)/2, jedoch abhängig von ε ist. Bei der Auswertung besteht jedoch die Möglichkeit, gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Differenz durch die Summe der Kapazitätswerte zu dividieren. Dann ergibt sich für die normierte BeschleunigungIt can be seen that the value a obtained by measuring the capacitance difference a is independent of the fill level (h 1 + h 2 ) / 2, but is dependent on ε. In the evaluation, however, there is the possibility, according to a further development of the invention, of dividing the difference by the sum of the capacitance values. Then there is for the normalized acceleration

a/g = (C₂ - C₁) · (C₂ + C₁) · (h₁ + h₂)/s.a / g = (C₂ - C₁) · (C₂ + C₁) · (h₁ + h₂) / s.

Dabei ist das Meßergebnis unabhängig von ε, jedoch ab­ hängig von der Füllhöhe. Dieses hat beispielsweise den Vorteil, daß eine Temperaturabhängigkeit von ε nicht in das Meßergebnis eingeht.The measurement result is independent of ε, but from depending on the level. This has, for example Advantage that a temperature dependence of ε is not in the measurement result is received.

Der Sensor basiert auf einem Elektrolytkondensator. Auf dem Unterteil bzw. dem Boden 5 befindet sich mindestens eine Anode 1. Es können auch zwei, drei vier oder mehrere Anoden auf dem Boden angeordnet sein. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Elektroden 1, 2 von dem Boden 5 eines für Kondensatoren erhältlichen Gehäuses 6 gehalten. Das Metallgehäuse 6 bildet die Kathode, während die Elektroden 1, 2 in den Ausführungsbeispielen die Anoden darstellen. Das Metallgehäuse, das die Kathode 6 darstellt, kann mit einer Isolierung 8 versehen sein.The sensor is based on an electrolytic capacitor. At least one anode 1 is located on the lower part or the base 5 . Two, three, four or more anodes can also be arranged on the bottom. In the embodiment shown in Fig. 3, the two electrodes 1 , 2 are held by the bottom 5 of a housing 6 available for capacitors. The metal housing 6 forms the cathode, while the electrodes 1 , 2 represent the anodes in the exemplary embodiments. The metal housing, which represents the cathode 6 , can be provided with insulation 8 .

Um eine Isolierung der Elektroden zum Gehäuse zu erhalten, ist der Boden 5 vollständig aus Teflon oder aus einem anderen Isolierstoff gebildet.In order to isolate the electrodes from the housing, the base 5 is formed entirely from Teflon or from another insulating material.

Das Gehäuse bzw. der Behälter 4 ist im Bereich des Bodens 5 mit einer ringförmigen Vertiefung 11 zu versehen, in die der untere Wandteil des Behälters 4 eingebördelt wird und die zur Aufnahme eines Dichtungs­ elements bzw. einer Ringdichtung 11a dient. Die Ring­ dichtung 11a kann in einer Ringnut 11b aufgenommen sein. Ferner sind die oberen Enden der Anoden 1, 2 in den Bohrungen einer Halterung 10 zusätzlich abgestützt und fixiert. Damit die Einbauhöhen der Anoden 1, 2 stets gleich sind, weisen sie am unteren Ende einen Anschlag 26 auf, der auf der Oberfläche des Bodens 5 anliegt. Ferner ist es möglich, durch entsprechende Umgestaltung des Bodens 5 das Gehäuse durch Löten hermetisch abzudichten.The housing or the container 4 is to be provided in the region of the bottom 5 with an annular recess 11 , into which the lower wall part of the container 4 is crimped and which serves to receive a sealing element or an annular seal 11 a. The ring seal 11 a can be received in an annular groove 11 b. Furthermore, the upper ends of the anodes 1 , 2 are additionally supported and fixed in the bores of a holder 10 . So that the installation heights of the anodes 1 , 2 are always the same, they have a stop 26 at the lower end, which rests on the surface of the base 5 . Furthermore, it is possible to hermetically seal the housing by soldering by appropriately redesigning the base 5 .

Die Flüssigkeit bzw. das Elektrolyt 7 bedeckt etwa die Hälfte der Elektroden bzw. Anoden 1, 2. Die Verlänger­ ungen der Elektroden 1, 2, die sich durch den Boden 5 erstrecken dienen gleichzeitig als Lötstifte 12. Ein dritter Lötstift 13 ist unmittelbar auf dem Gehäusebo­ den 5 angeordnet und gemäß Fig. 6 über eine Lasche 13a mit dem Gehäuse 6 verbunden. Der Lötstift 13 bildet die gemeinsame Gegenelektrode. Die Lasche 13b kann gemäß Fig. 2 auch direkt an der Oberseite des Gehäuses 6 angeschlossen sein.The liquid or electrolyte 7 covers approximately half of the electrodes or anodes 1 , 2 . The extensions of the electrodes 1 , 2 , which extend through the base 5 serve at the same time as solder pins 12 . A third solder pin 13 is arranged directly on the housing bo 5 and connected to the housing 6 according to FIG. 6 via a tab 13 a. The solder pin 13 forms the common counter electrode. The tab 13 b can also be connected directly to the top of the housing 6 according to FIG. 2.

Die Anoden 1, 2 sind beispielsweise aus einem Metall, insbesondere aus Al oder Ta gebildet und vorzugsweise mit einer Al2O3 oder einer Ta2O5 Schutzschicht bzw. einer Oxydschicht 2a überzogen. Das Dielektrikum mit Halbleitereigenschaften wirkt nur in einer Richtung isolierend und wird durch Formieren erzeugt. Die Schichtdicke kann je nach Anforderung kleiner als 1 µm sein und ist sehr gleichmäßig auf die Oberfläche der Anoden 1, 2 aufgetragen. Durch Schichtdicken unter 1 µm des Dielektrikums und durch die hohe Dielektrizi­ tätskonstanten von Al2O3 und Ta2O5, werden hohe Grund­ kapazitäten erreicht. Hieraus ergibt sich wiederum ein großer Signalhub des Gebers bei auftretender Beschleu­ nigung oder Neigung. Wird beim Zusammenbau des Sensors die Oberfläche der Anode beschädigt, so kann jederzeit die beschädigte Oberfläche durch Nachformieren wieder hergestellt werden.The anodes 1 , 2 are formed, for example, from a metal, in particular from Al or Ta, and are preferably coated with an Al 2 O 3 or a Ta 2 O 5 protective layer or an oxide layer 2 a. The dielectric with semiconductor properties has an insulating effect in only one direction and is generated by forming. Depending on the requirements, the layer thickness can be less than 1 μm and is applied very uniformly to the surface of the anodes 1 , 2 . High layer capacities are achieved by layer thicknesses of less than 1 µm of the dielectric and by the high dielectric constants of Al 2 O 3 and Ta 2 O 5 . This in turn results in a large signal swing of the encoder when acceleration or inclination occurs. If the surface of the anode is damaged during assembly of the sensor, the damaged surface can be restored at any time by reforming.

Die verwendete Flüssigkeit 7 sollte geringe Ashäsions­ kräfte aufweisen, eine geringe Viskosität und Volumen­ ausdehnung aufweisen. Darüber hinaus ist es notwendig, daß die Flüssigkeit einen niedrigen Schmelz- und hohen Siedepunkt besitzt und nicht agressiv gegenüber den verwendeten Materialien ist. Ferner sollte die Tem­ peraturabhängigkeit der Leitfähigkeit gering sein.The liquid 7 used should have low ash forces, low viscosity and volume expansion. In addition, it is necessary that the liquid have a low melting point and high boiling point and is not aggressive to the materials used. Furthermore, the temperature dependence of the conductivity should be low.

Als Flüssigkeit im Geber können Lösungsmittel wie N, N- Dimethylformamid, Butyrolacton, Dimethylsulfid, eine Flüssigkeit auf Glykolbasis, eine Mischung davon, oder verdünnte Schwefelsäure eingesetzt werden.Solvents such as N, N- Dimethylformamide, butyrolactone, dimethyl sulfide, a Glycol based liquid, a mixture thereof, or dilute sulfuric acid can be used.

Die Lötstifte 11 bis 13 sind in einem genormten Raster­ maß angeordnet, so daß der Sensor unmittelbar auf eine Leiterplatte montiert werden kann. Gegebenenfalls kann der in Fig. 1 dargestellte Sensor mit den Anschlüs­ sen 11 bis 13 nach oben gerichtet verwendet werden. Dadurch wird der Bereich der Durchführung der Elektroden 1, 2 durch den Gehäuseboden 5 nicht mit der Flüssigkeit 3 bedeckt, so daß die Dichtstellen und der Gehäuseboden 5 nicht ständig von der Flüssigkeit 3 belastet werden.The solder pins 11 to 13 are arranged in a standardized grid, so that the sensor can be mounted directly on a circuit board. If necessary, the sensor shown in FIG. 1 can be used with the connections 11 to 13 directed upwards. As a result, the area where the electrodes 1 , 2 pass through the housing base 5 is not covered with the liquid 3 , so that the sealing points and the housing base 5 are not constantly loaded by the liquid 3 .

Fig. 8 zeigt ein Ersatzschaltbild des erfindungsgemäßen Sensors, das aus zwei Kondensatoren mit den Kapazitäten C1 und C2 besteht, welche entsprechend den obigen Ableitungen von der auf den Sensor wirkenden Be­ schleunigung abhängen. Fig. 8 shows an equivalent circuit diagram of the sensor according to the invention, which consists of two capacitors with capacitances C 1 and C 2 , which depend on the acceleration acting on the sensor Be according to the above derivatives.

Bei der in Fig. 12 dargestellten Schaltung sind zwei monostabile Kippstufen 14, 15 vorgesehen, die derart ausgelegt sind, daß die Dauer des instabilen Zustands proportional einer als Widerstands- oder Kapazitätswert vorliegenden Größe X1 bzw. X2 ist, die im vorliegenden Fall den Kapazitätswerten C1 und C2 entsprechen. Über je ein Differenzierglied 16, 17 bzw. 18, 19 sind die Aus­ gänge der monostabilen Kippstufen 14, 15 jeweils mit einem invertierenden Setzeingang (im folgenden Trigger- Eingang genannt) der anderen monostabilen Kippstufe verbunden. Dadurch wird jeweils eine monostabile Kipp­ stufe in den instabilen Zustand versetzt, wenn die andere in den stabilen Zustand zurückkehrt.In the circuit shown in Fig. 12, two monostable multivibrators 14 , 15 are provided, which are designed such that the duration of the unstable state is proportional to a variable X 1 or X 2 present as a resistance or capacitance value, which in the present case the Capacitance values correspond to C 1 and C 2 . Via a differentiator 16 , 17 or 18 , 19 , the outputs from the monostable multivibrators 14 , 15 are each connected to an inverting set input (hereinafter called trigger input) of the other monostable multivibrator. As a result, one monostable flip-flop is set to the unstable state when the other returns to the stable state.

An den Ausgängen 20, 21 der monostabilen Kippstu­ fen 14, 15 ergeben sich dann Rechtecksignale, deren Verlauf in Fig. 7 dargestellt ist. Dabei sind die beiden Zeitabschnitte t1 und t2 jeweils proportional zu den Eingangsgrößen X1 und X2.At the outputs 20 , 21 of the monostable Kippstu fen 14 , 15 there are then rectangular signals, the course of which is shown in Fig. 7. The two time periods t 1 and t 2 are each proportional to the input variables X 1 and X 2 .

Wird die Differenz der Größen X1 und X2 ausgewertet, so erhält man eine Verminderung der Temperaturempfindlich­ keit für den Fall, daß beide Größen den gleichen Tem­ peraturgang aufweisen. Dies gilt jedoch nur für die Nullpunkt-Stabilität. Für eine Verminderung des Tem­ peraturgangs der Steilheit muß noch durch die tempera­ turabhängigen Größen dividiert werden. Ein derartiges Signal wird bei der erfindungsgemäßen Auswerteschaltung in einfacher Weise durch Subtraktion der Mittelwerte wie folgt erhalten: UA1-UA2=UB(X1-X2)/(X1+X2).If the difference between the variables X 1 and X 2 is evaluated, a reduction in temperature sensitivity is obtained in the event that both variables have the same temperature response. However, this only applies to the zero point stability. To reduce the temperature response of the slope, it must be divided by the temperature-dependent variables. Such a signal is obtained in a simple manner in the evaluation circuit according to the invention by subtracting the mean values as follows: U A1 -U A2 = U B (X 1 -X 2 ) / (X 1 + X 2 ).

Bei den meisten Sensoren, insbesondere solchen, bei denen hohe Widerstandswerte oder kleine Kapazitätswerte (wie bei dem erfindungsgemäßen Sensor) ausgewertet werden, befindet sich die Auswerteschaltung unmittelbar bei den Widerständen bzw. Kondensatoren, während ein Gerät, welches die Ausgangssignale der Auswerte­ schaltung weiterverarbeitet, über eine oder mehrere Leitungen mit der Auswerteschaltung verbunden ist. Die Ausgangssignale der Auswerteschaltung gemäß Fig. 12 bilden eine gute Grundlage zur Übertragung an die weiterverarbeitende Schaltung beispielsweise ein Steuergerät in einem Kraftfahrzeug. Je nach Erforder­ nissen im einzelnen kann die Übertragung von der Auswerteschaltung zum Steuergerät in Form eines Binärsignals oder in Form eines Analogsignals erfolgen.In most sensors, in particular those in which high resistance values or small capacitance values (as in the sensor according to the invention) are evaluated, the evaluation circuit is located directly at the resistors or capacitors, while a device which processes the output signals of the evaluation circuit via one or more lines is connected to the evaluation circuit. The output signals of the evaluation circuit according to FIG. 12 form a good basis for transmission to the further processing circuit, for example a control unit in a motor vehicle. Depending on the requirements in detail, the transmission from the evaluation circuit to the control device can take place in the form of a binary signal or in the form of an analog signal.

Fig. 13 veranschaulicht dazu mehrere Schaltungsan­ ordnungen. In Fig. 13a wird eines der Ausgangssignale UA1 von einer Auswerteschaltung 37 in unveränderter Form, das heißt binär, übertragen. Empfängerseitig ist ein Digital-Rechner 28 vorgesehen, mit dessen Hilfe die Zeiten t1 und t2 gemessen werden, wodurch die Werte X1 und X2 wiedergewonnen werden. Im Digital-Rechner 28 kann in einfacher Weise dann eine Differenz-, Summen- und Quotientenbildung erfolgen, so daß eine Größe (X1- X2)/(X1+X2) entsteht, welche bei Sensoren, deren Ausgangsgröße zwar von der Differenz der beiden Größen X1 und X2 gebildet wird, wobei jedoch X1 und X2 einem Störeinfluß - beispielsweise einer Temperaturabhängig­ keit - unterworfen sind. Fig. 13 illustrates several circuit arrangements. In FIG. 13 a, one of the output signals U A1 is transmitted in unchanged form, that is to say in binary form, by an evaluation circuit 37 . A digital computer 28 is provided on the receiver side, with the aid of which the times t 1 and t 2 are measured, as a result of which the values X 1 and X 2 are recovered. In the digital computer 28 , a difference, sum and quotient formation can then be carried out in a simple manner, so that a variable (X 1 - X 2 ) / (X 1 + X 2 ) arises, which, in the case of sensors, the output variable of which Difference between the two variables X 1 and X 2 is formed, but X 1 and X 2 are subject to an interference - for example a temperature-dependent speed.

Bei der in Fig. 13b dargestellten Schaltung wird eben­ falls das binäre Signal UA1 übertragen. Die weitere Auswertung erfolgt jedoch mit Hilfe einer Analogschal­ tung, welche aus einem Eingangsverstärker 29, einem Invertierer 30, zwei Integrationsgliedern 31 und 32 bzw. 33 und 34 und einem Differenzverstärker 35 besteht. Durch die Integration mit Hilfe des Integra­ tionsgliedes 31, 32 wird der Mittelwert des Signals UA1 gebildet, der zu X1/(X1+X2) proportional ist. Der Mit­ telwert des invertierten Signals wird durch das Inte­ grationsglied 33, 34 gebildet und entspricht X2/(X1+X2) . Durch den Differenzverstärker 35 wird dann das er­ wünschte Ergebnis gebildet, das am Ausgang 36 als Ana­ logsignal vorliegt.In the circuit shown in FIG. 13b, the binary signal U A1 is also transmitted. However, the further evaluation takes place with the aid of an analog circuit, which consists of an input amplifier 29 , an inverter 30 , two integration elements 31 and 32 or 33 and 34 and a differential amplifier 35 . Through the integration with the help of the integration element 31 , 32 , the mean value of the signal U A1 is formed, which is proportional to X 1 / (X 1 + X 2 ). The mean value of the inverted signal is formed by the integration element 33 , 34 and corresponds to X 2 / (X 1 + X 2 ). The differential amplifier 35 then forms the desired result, which is present at the output 36 as an analog signal.

Während die in Fig. 13b dargestellte Schaltung zwischen dem Ausgang der Auswerteschaltung 37 und dem Eingang des Steuergeräts eine asymmetrische binäre Schnitt­ stelle darstellt, weist die in Fig. 13c dargestellte Schaltung eine symmetrische binäre Schnittstelle auf. Dazu werden beide Ausgänge der Auswerteschaltung 37 über je eine Leitung mit Eingangsverstärkern 29, 38 des Steuergeräts verbunden. Über Integrationsglieder 31, 32 bzw. 33, 34 und einen Differenzverstärker 35 erfolgt wie bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 13b die Bildung des Analogsignals. Der Vorteil liegt in der Stör­ sicherheit bei der Übertragung über lange Leitungen.While the circuit shown in FIG. 13b represents an asymmetrical binary interface between the output of the evaluation circuit 37 and the input of the control device, the circuit shown in FIG. 13c has a symmetrical binary interface. For this purpose, both outputs of the evaluation circuit 37 are connected via a line to input amplifiers 29 , 38 of the control device. The analog signal is formed via integration elements 31 , 32 or 33 , 34 and a differential amplifier 35 , as in the circuit arrangement according to FIG. 13b. The advantage is interference immunity when transmitting over long lines.

Schließlich ist anhand von Fig. 13d eine weitere Mög­ lichkeit der Signalübertragung zwischen einer Auswerte­ schaltung und einem Steuergerät dargestellt, bei welcher ein Analogsignal übertragen wird. Dazu befinden sich Integrationsglieder 22, 23 bzw. 24, 25 und ein Dif­ ferenzverstärker 39 im Bereich der Auswerteschal­ tung 37. Die Verbindung zum Steuergerät erfolgt dann über eine Leitung 40.Finally, FIG. 13d shows another possibility of signal transmission between an evaluation circuit and a control unit in which an analog signal is transmitted. For this purpose there are integration elements 22 , 23 and 24 , 25 and a dif ferential amplifier 39 in the area of the evaluation circuit 37 . The connection to the control device then takes place via a line 40 .

Bei der in Fig. 10 dargestellten Schaltungsanordnung werden die beiden monostabilen Kippstufen 14, 15 von einem integrierten Baustein aus der Typenserie 556 (zweifache Zeitgeberschaltung) gebildet. Wie bei dem Blockschaltbild nach Fig. 12 sind die Ausgänge über je ein Differenzierglied 16, 17 bzw. 18, 19 mit dem inver­ tierenden Trigger-Eingang der jeweils anderen monosta­ bilen Kippstufe verbunden. Widerstände 41 und 42 sind zwischen dem Anschluß 43 der Betriebsspannung UB und dem jeweiligen Ausgang geschaltet und dienen als Ar­ beitswiderstände. Die invertierenden Trigger-Eingänge sind über je eine Diode 44, 45 ebenfalls mit dem An­ schluß 43 verbunden, um die Spannung an den Trigger- Eingängen zu begrenzen.In the circuit arrangement shown in FIG. 10, the two monostable multivibrators 14 , 15 are formed by an integrated module from the 556 series (double timer circuit). As in the block diagram of FIG. 12, the outputs are each connected via a differentiator 16 , 17 or 18 , 19 to the inverting trigger input of the other monostable multivibrator. Resistors 41 and 42 are connected between the terminal 43 of the operating voltage U B and the respective output and serve as Ar resistors. The inverting trigger inputs are each connected via a diode 44 , 45 to the terminal 43 to limit the voltage at the trigger inputs.

Die Eingänge Dis und Thr der monostabilen Kippstu­ fen 14, 15 sind an je ein Zeitkonstantenglied ange­ schlossen, das jeweils aus einem Widerstand 46, 47 und einem Kondensator 48, 49 mit veränderbarer Kapazität besteht. Die Kondensatoren 48, 49 gehören zum Sensor, bei welchem in Abhängigkeit von der zu messenden Größe die Kapazitäten gegenläufig verändert werden. Wie im Zusammenhang mit Fig. 12 bereits erläutert, ist die Dauer des jeweils instabilen Zustandes proportional zur Kapazität, wodurch an den Ausgängen der monostabilen Kippstufen 14, 15 die Ausgangssignale UA1 und UA2 entsprechend dem in Fig. 7 dargestellten Diagramm entstehen.The inputs Dis and Thr of the monostable Kippstu fen 14 , 15 are each connected to a time constant element, each consisting of a resistor 46 , 47 and a capacitor 48 , 49 with variable capacitance. The capacitors 48 , 49 belong to the sensor, in which the capacitances are changed in opposite directions depending on the size to be measured. As already explained in connection with FIG. 12, the duration of the respectively unstable state is proportional to the capacitance, as a result of which the output signals U A1 and U A2 arise at the outputs of the monostable multivibrators 14 , 15 in accordance with the diagram shown in FIG. 7.

Die in Fig. 10 dargestellte Schaltungsanordnung schwingt nur an, wenn die Anstiegsgeschwindigkeit der Betriebs­ spannung beim Einschalten einen vorgegebenen Wert über­ schreitet. Bei einer kurzzeitigen Unterbrechung der Schwingung, beispielsweise durch einen Kurzschluß oder durch Einwirkung eines Störimpulses, schwingt die Schaltung nicht wieder an. Um ein sicheres Anschwingen zu ermöglichen, ist die in Fig. 11 dargestellte Schal­ tungsanordnung gegenüber der Schaltungsanordnung nach Fig. 10 in vorteilhafter Weise weitergebildet.The circuit arrangement shown in Fig. 10 only swings when the rate of increase of the operating voltage when switching on exceeds a predetermined value. In the event of a brief interruption in the oscillation, for example due to a short circuit or the action of an interference pulse, the circuit does not start up again. In order to enable a safe start-up, the circuit arrangement shown in FIG. 11 is advantageously developed over the circuit arrangement according to FIG. 10.

Dazu sind die Ausgänge der monostabilen Kippstu­ fen 14, 15 über je eine Diode 51, 52 und über einen ge­ meinsamen Widerstand 53 mit Massepotential verbunden. For this purpose, the outputs of the monostable Kippstu fen 14 , 15 via a diode 51 , 52 and a common resistor 53 ge connected to ground potential.

Die Dioden 51, 52 wirken als Oder-Verknüpfung der Signale UA1 und UA2. Aufgrund der Tatsache, daß UA1 und UA2 invertiert zueinander sind, beträgt beim Schwingen der Schaltung zu jedem Zeitpunkt die Spannung U53 am Widerstand 53 UB -0,7 V. Ein Kondensator 54 glättet etwaige Spitzen, die während der Flanken von UA1 und UA2 entstehen.The diodes 51 , 52 act as an OR combination of the signals U A1 and U A2 . Due to the fact that U A1 and U A2 are inverted from each other, the voltage U 53 across the resistor 53 U B is -0.7 V at all times when the circuit is oscillating. A capacitor 54 smoothes any peaks that occur during the edges of U A1 and U A2 arise.

Bleibt das Schwingen aus, so liegen die Ausgangsspan­ nungen UA1 und UA2 auf Massepotential und beide Di­ oden 51, 52 sperren. Die Spannung U53 und die Spannungen an den Trigger-Eingängen werden dann durch die Wider­ stände 17, 19, die dann leitend werdenden Dioden 55, 56 und den Widerstand 53 bestimmt. Die Spannungen an den Trigger-Eingängen fallen somit auf den Wert Utr= (UB- 0,7 V)/(1+R17/R53)+0,7 V. Durch die Wahl der Werte R17 und R53 der Widerstände 17 und 53 wird Utr unter den im Datenblatt der monostabilen Kippstufe spezifizierten Wert gelegt. Damit gehen beide Ausgangssignale wieder in den instabilen Zustand und die mit den Dioden durch­ geführte Starthilfe wird beendet.If there is no oscillation, the output voltages U A1 and U A2 are at ground potential and both diodes 51 , 52 block. The voltage U 53 and the voltages at the trigger inputs are then determined by the resistors 17 , 19 , the then conductive diodes 55 , 56 and the resistor 53 . The voltages at the trigger inputs thus fall to the value U tr = (U B - 0.7 V) / (1 + R 17 / R 53 ) +0.7 V. By selecting the values R 17 and R 53 of resistors 17 and 53 , U tr is set below the value specified in the data sheet of the monostable multivibrator. This means that both output signals go back to the unstable state and the starting aid performed with the diodes is ended.

Die Dioden 55, 56 dienen neben ihrer Funktion als Start­ hilfe noch zur Begrenzung der den Trigger-Eingängen zu­ geführten Spannungen, damit diese nicht über die Be­ triebsspannung UB ansteigen. Die Dimensionierung der Widerstände 17 bzw. 19 und 53 erfolgt nach der Glei­ chung:In addition to their function as starting aids, the diodes 55 , 56 also serve to limit the voltages to the trigger inputs, so that they do not rise above the operating voltage U B. The dimensioning of the resistors 17 or 19 and 53 takes place according to the equation:

R17(19)/R₅₃ (UB - 0,7 V)/(Utr - 0,7 V) - 1,R 17 (19) / R₅₃ (U B - 0.7 V) / (U tr - 0.7 V) - 1,

mit UB=5 V und Utr1,26 V. Bei Verwendung des Bausteins 556.with U B = 5 V and U tr 1.26 V. When using module 556.

Daraus ergibt sich R17(19)/R₅₃6,68. Bei einer praktisch ausgeführten Schaltungsanordnung wurde R₁₇=R₁₉=47 kOhm nd R₅₃=6,8 kOhm gewählt. This results in R 17 (19) / R₅₃6.68. In a practical circuit arrangement, R₁₇ = R₁₉ = 47 kOhm and R₅₃ = 6.8 kOhm was chosen.

Die Differenzierglieder 16, 17 und 18, 19 haben die Auf­ gabe, einen kurzen Impuls, der die fallende Flanke des jeweiligen Ausgangssignals kennzeichnet, abzuleiten.The differentiators 16 , 17 and 18 , 19 have the task of deriving a short pulse, which characterizes the falling edge of the respective output signal.

Dazu ist eine Zeitkonstante erforderlich, die wesentlich geringer als die Dauer der instabilen Zustände der monostabilen Kippstufen ist. Es ergibt sich daher folgende Bedingung: R17 · C3 « R46 · C48, die sinngemäß auch für die Elemente 18, 19, 47 und 49 gilt.This requires a time constant that is significantly less than the duration of the unstable states of the monostable multivibrators. This results in the following condition: R 17 · C 3 «R 46 · C 48 , which also applies analogously to elements 18 , 19 , 47 and 49 .

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 14, 15 kann zur Dämpfung des Systems der Halter 10a in Form eines gekreuzten Gitters ausgebildet sein. Ferner ist es möglich (Fig. 16, 17) zur Dämpfung des Systems den Halter in Form eines U-Rohres 10b auszugestalten.According to the exemplary embodiment according to FIGS. 14, 15, the holder 10 a can be designed in the form of a crossed grid for damping the system. Furthermore, it is possible ( FIGS. 16, 17) to design the holder in the form of a U-tube 10 b for damping the system.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 16, 17 wird zur Dämpfung des Systems eine Platte 57a, 57b ein Gitter bzw. ein Netz oder eine Flüssigkeit eingesetzt.In a further exemplary embodiment according to FIGS. 16, 17, a plate 57 a, 57 b, a grid or a network or a liquid is used for damping the system.

BezugzeichenlisteReference list

 1 Elektrode, Anode
 2 Elektrode, Anode
 2a Schutzschicht-Oxydschicht
 4 Behälter
 5 Boden
 6 Kathode
 7 Elektrolyt-Flüssigkeit
 8 Isolierschicht
10 Halterung
10a gekreuztes Gitter
10b U-Rohr
11 Vertiefung
11a Ringdichtung
11b Ringnut
12 Lötstift
13 Lötstift
13a Lasche
13b Lasche
14 Kippstufe
15 Kippstufe
16 Differenzierglied
17 Differenzierglied
18 Differenzierglied
19 Differenzierglied
20 Ausgang
21 Ausgang
22 Integrator
23 Integrator
24 Integrator
25 Integrator
26 Anschlag
28 Digital-Rechner
29 Eingangsverstärker
30 Invertierer
31 Integrator, Integrationsglied
32 Integrator, Integrationsglied
33 Integrator, Integrationsglied
34 Integrator, Integrationsglied
35 Subtrahierschaltung Differenzverstärker
36 Ausgang
37 Auswerteschaltung
38 Eingangsverstärker
39 Subtrahierschaltung
40 Leitung
41 Widerstand
42 Widerstand
43 Anschluß
44 Diode
45 Diode
46 Widerstand
47 Widerstand
48 Kondensator
49 Kondensator
51 Diode
52 Diode
53 Widerstand
54 Kondensator
55 Diode
56 Diode
57 Platte
57a Platte
57b Platte
1 electrode, anode
2 electrodes, anode
2 a protective layer oxide layer
4 containers
5 floor
6 cathode
7 electrolyte fluid
8 insulating layer
10 bracket
10 a crossed grid
10 b U-tube
11 deepening
11 a ring seal
11 b ring groove
12 solder pin
13 solder pin
13 a tab
13 b tab
14 flip-flop
15 flip-flop
16 differentiator
17 differentiator
18 differentiator
19 differentiator
20 exit
21 exit
22 integrator
23 integrator
24 integrator
25 integrator
26 stop
28 digital computers
29 input amplifiers
30 inverters
31 integrator
32 integrator
33 integrator
34 integrator
35 Subtracting circuit differential amplifier
36 exit
37 Evaluation circuit
38 input amplifiers
39 subtraction circuit
40 line
41 resistance
42 resistance
43 connection
44 diode
45 diode
46 resistance
47 resistance
48 capacitor
49 capacitor
51 diode
52 diode
53 resistance
54 capacitor
55 diode
56 diode
57 plate
57 a plate
57 b plate

Claims (24)

1. Sensor zur Erfassung der Beschleunigung bzw. Neigung, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit min­ destens einer Elektrode (1, 2) die in einer als gravitationsempfindliches Element vorgesehenen Flüssigkeit in einem geschlossenen Behälter (4) aufgenommen ist, wobei die Elektrode (4) mit einer Schutzschicht überzogen ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß die auf der Elektrode (1, 2) gebildete Schicht (2a) als Oxydschicht ausge­ bildet ist.1. Sensor for detecting the acceleration or inclination, in particular for motor vehicles with at least one electrode ( 1 , 2 ) which is received in a liquid provided as a gravitationally sensitive element in a closed container ( 4 ), the electrode ( 4 ) having a Protective layer coated is characterized in that the layer ( 2 a) formed on the electrode ( 1 , 2 ) is formed as an oxide layer. 2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (Anoden 1, 2) mit einer gleich­ mäßiger und sehr dünnen Oxydschicht (2a) über­ zogen sind.2. Sensor according to claim 1, characterized in that the electrodes (anodes 1, 2) with a uniform and very thin oxide layer ( 2 a) are pulled over. 3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sensor einen als Kathode (6) ausgebildeten Behälter (4) aufweist, in dem min­ destens eine Anode (1, 2) in einem Elektrolyt (7) aufgenommen ist, mittels dessen auf der Ano­ de (1, 2) eine Oxydschicht gebildet wird.3. Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the sensor has a cathode ( 6 ) formed container ( 4 ) in which at least one anode ( 1 , 2 ) is received in an electrolyte ( 7 ) by means of an oxide layer is formed on the ano de ( 1 , 2 ). 4. Sensor nach einem oder mehreren der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (1, 2) aus einem Metall, insbesondere aus Al oder Ta besteht und vorzugsweise, mit einer Al2O3 oder einer Ta2O5 Schicht überzogen ist. 4. Sensor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the anode ( 1 , 2 ) consists of a metal, in particular Al or Ta, and preferably, coated with an Al 2 O 3 or a Ta 2 O 5 layer is. 5. Sensor nach einem oder mehreren der vorhergeh­ enden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere annähernd identische Anoden (1, 2) in dem Behälter (4) aufgenommen sind.5. Sensor according to one or more of the preceding claims, characterized in that two or more approximately identical anodes ( 1 , 2 ) are accommodated in the container ( 4 ). 6. Sensor nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt (7) ein Lösungsmittel, insbesondere N, N-Dimethylformamid, Butyrolacton, Dimethylsul­ fid, einer Flüssigkeit auf Glykolbasis, eine Mischung dieser Flüssigkeiten oder verdünnte Schwefelsäure ist.6. Sensor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the electrolyte ( 7 ) is a solvent, in particular N, N-dimethylformamide, butyrolactone, dimethyl sulfide, a liquid based on glycol, a mixture of these liquids or dilute sulfuric acid. 7. Sensor nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden (1, 2) einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.7. Sensor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the anodes ( 1 , 2 ) have a circular cross section. 8. Sensor nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden (1, 2) einen Querschnitt mit mindestens einer Anschlagfläche aufweisen.8. Sensor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the anodes ( 1 , 2 ) have a cross section with at least one stop surface. 9. Sensor nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden (1, 2) mittels eines Isolierele­ ments (8) in einer im Behälter (4) vorgesehenen Bodenplatte (5) aufgenommen ist. 9. Sensor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the anodes ( 1 , 2 ) by means of an Isolierele element ( 8 ) in a container ( 4 ) provided base plate ( 5 ) is received. 10. Sensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden (1, 2) oberhalb der Bodenplatte (5) mittels einer Halterung (10) zusätzlich abge­ stützt und fixiert sind.10. Sensor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the anodes ( 1 , 2 ) above the base plate ( 5 ) by means of a holder ( 10 ) are additionally supported and fixed abge. 11. Sensor nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden (1, 2) oberhalb der Bodenplatte (5) im Bereich ihrer oberen Enden in der im Behälter (4) vorgesehenen Halterung abgestützt sind.11. Sensor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the anodes ( 1 , 2 ) above the base plate ( 5 ) in the region of their upper ends are supported in the holder provided in the container ( 4 ). 12. Sensor nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte (5) als Isolierkörper ausgebildet ist, der an seinem Außenumfang eine rillenförmige Vertiefung (11) zur Einbördelung der Außenwand des Behälters (4) aufweist, wobei zwischen der Innenseite der Außenwand und der Vertiefung ein Dichtungselement (11a) vorgesehen ist.12. Sensor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the base plate ( 5 ) is designed as an insulating body which has on its outer circumference a groove-shaped depression ( 11 ) for crimping the outer wall of the container ( 4 ), wherein between the Inside of the outer wall and the recess, a sealing element ( 11 a) is provided. 13. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (1, 2) mit einem Dielektrikum derart beschichtet ist, daß eine hohe Dielektrizitätszahl erreicht wird und die Oberfläche mittels der Oxydschicht gegenüber der Flüssigkeit sehr dicht und gleichmäßig verschlossen ist.13. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the anode ( 1 , 2 ) is coated with a dielectric such that a high dielectric constant is achieved and the surface is sealed very tightly and evenly from the liquid by means of the oxide layer. 14. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dämpfung des Systems der Halter (10) in Form eines gekreuzten Gitters (10a) ausgestaltet ist. 14. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that for damping the system, the holder ( 10 ) is designed in the form of a crossed grating ( 10 a). 15. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dämpfung des Systems der Halter (10) in Form eines U-Rohres (10b) ausgestaltet ist.15. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that for damping the system, the holder ( 10 ) is designed in the form of a U-tube ( 10 b). 16. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dämpfung des Sy­ stems eine Platte (57a, 57b), ein Gitter, ein Netz oder eine geeignete Flüssigkeit verwendet wird.16. Sensor according to any one of the preceding claims, characterized in that a plate ( 57 a, 57 b), a grid, a network or a suitable liquid is used to dampen the system. 17. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß zwei monostabile Kippstufen (14, 15) vorgesehen sind, daß die Kapazitätswerte des Sensors die Zeitkonstanten der monostabilen Kippstufen (14, 15) bestimmen und daß jeweils ein Ausgang einer monostabilen Kippstufe mit einem Setzeingang (Trigger-Eingang) der anderen monostabilen Kippstufe derart ver­ bunden ist, daß durch einen Übergang jeweils einer monostabilen Kippstufe (14, 15) in den sta­ bilen Zustand die jeweils andere monostabile Kippstufe (15, 14) in den instabilen Zustand gesetzt wird.17. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that two monostable multivibrators ( 14 , 15 ) are provided, that the capacitance values of the sensor determine the time constants of the monostable multivibrators ( 14 , 15 ) and that in each case an output of a monostable multivibrator with a set input (Trigger input) of the other monostable multivibrator is connected in such a way that a respective monostable multivibrator ( 14 , 15 ) in the stable state sets the other monostable multivibrator ( 15 , 14 ) into the unstable state. 18. Sensor nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der monostabilen Kippstufen (14, 15) mit den Setzeingängen über Differenzierglie­ der (16, 17; 18, 19) verbunden sind. 18. Sensor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the outputs of the monostable multivibrators ( 14 , 15 ) are connected to the set inputs via differentiators ( 16 , 17 ; 18 , 19 ). 19. Sensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal mindestens einer mono­ stabilen Kippstufe (14, 15) einem Integra­ tor (22, 23; 24, 25) zuführbar ist.19. Sensor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the output signal of at least one monostable multivibrator ( 14 , 15 ) an integrator ( 22 , 23 ; 24 , 25 ) can be supplied. 20. Sensor nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der monostabilen Kippstu­ fen (14, 15) je einem Integrator (22, 23; 24, 25; 33, 34) zuführbar sind und daß die Ausgänge der Integratoren mit Eingängen einer Subtrahier­ schaltung (35, 39) verbunden sind.20. Sensor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the output signals of the monostable Kippstu fen ( 14 , 15 ) each an integrator ( 22 , 23 ; 24 , 25 ; 33 , 34 ) can be fed and that the outputs of the Integrators are connected to inputs of a subtractor circuit ( 35 , 39 ). 21. Sensor nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal einer monostabilen Kipp­ stufe (14) direkt einem ersten Integrator (31, 32) und invertiert einem zweiten Integrator (33, 34) zuführbar ist und daß die Ausgänge der Integratoren mit Eingängen einer Subtrahier­ schaltung (35) verbunden sind.21. Sensor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the output signal of a monostable flip-flop ( 14 ) directly to a first integrator ( 31 , 32 ) and inverted a second integrator ( 33 , 34 ) can be supplied and that the outputs the integrators are connected to inputs of a subtractor circuit ( 35 ). 22. Sensor nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingung mindestens einer monostabilen Kippstufe (14, 15) überwacht wird, und beim Ausbleiben der Schwingung mindestens eine monostabile Kippstufe (14, 15) über den jeweiligen Setzeingang wieder in den stabilen Zustand gesetzt wird. 22. Sensor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the vibration of at least one monostable multivibrator ( 14 , 15 ) is monitored, and in the absence of vibration at least one monostable multivibrator ( 14 , 15 ) back into via the respective set input the stable state is set. 23. Sensor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine logische Oder-Verknüpfung der beiden Ausgangssignale der monostabilen Kipp­ stufen (14, 15) das Schwingen der Schaltung überwacht wird.23. Sensor according to claim 19, characterized in that the logic of the circuit is monitored by a logical OR combination of the two output signals of the monostable tilting stages ( 14 , 15 ). 24. Sensor nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzierglieder aus je einem Kondensa­ tor (16, 18) und je einem Anschluß (43) für die Betriebsspannung angeschlossenen Widerstand (17, 18) bestehen und daß beide Anschlüsse der zu den Differenziergliedern gehörenden Kondensator­ en (16, 18) über je eine Diode (51, 52, 55, 56) mit einem Widerstand (53) verbunden sind, dessen von den Dioden abgewandter Anschluß mit Masse­ potential beaufschlagt ist.24. Sensor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the differentiators each consist of a capacitor ( 16 , 18 ) and one connection ( 43 ) for the operating voltage connected resistor ( 17 , 18 ) and that both connections the capacitor s ( 16 , 18 ) belonging to the differentiators are each connected via a diode ( 51 , 52 , 55 , 56 ) to a resistor ( 53 ), the terminal of which is turned away from the diodes is supplied with ground potential.
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